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Lista de exercícios – Cadeia transportadora de elétrons; fosforilação oxidativa: 
Letícia Fernanda Nanami - 110616 
 
1. Qual a estratégia adotada pela célula para converter a energia armazenada nas coenzimas 
reduzidas (NADH e FADH​2​) em ATP? 
A estratégia adotada pela célula é transformar a energia armazenada nas coenzimas em 
um gradiente de prótons na mitocôndria e utilizar este gradiente para sintetizar ATP. A 
oxidação das coenzimas reduzidas pela cadeia transportadora de elétrons acontece na 
membrana interna da mitocôndria. 
2. Quais os principais grupos prostéticos envolvidos no transporte de elétrons na cadeia 
respiratória? 
Os principais grupos são aqueles que transportam prótons e elétrons (flavina, nad) e 
aqueles que transferem somente elétrons (centro Fe-S, e os citocromos). 
3. Calcule a variação de energia livre padrão para a transferência de dois elétrons do NADH e 
do Succinato até o O​2 na cadeia transportadora de elétrons, sabendo que os potenciais de 
redução padrão (E´​o​) são: NAD​+​/NADH = -0,32V; Fumarato/Succinato = +0,031V; O​2​/H​2​O = 
+0,81 . 
4. Na transferência de elétrons, apenas a porção quinona da ubiquinona sofre 
oxidação-redução. A cadeia lateral isoprenoide permanece inalterada. Qual a função desta 
cadeia? 
A porção quinona sofre a redução, e tem uma cadeia lateral muito grande ( composta 
basicamente de C-H), e esta não participa dos eventos de oxidação-redução, ainda 
apresenta uma característica hidrofóbica, tendo como função conferir a hidrofobicidade 
necessária para ubiquinona fixar-se na membrana, e trazer mobilidade. 
 
 
5. Todas as desidrogenases da glicólise e do ciclo do ácido cítrico usam NAD+ (E´° para 
NAD+/NADH = -0,32 V) como aceptor de elétrons, exceto pela succinato desidrogenase, 
que usa FAD covalentemente ligado ( E´° para FAD/FADH​2 = 0,05 V). Sugira por que o 
FAD e não o NAD+ é o aceptor de elétrons mais apropriado na desidrogenação do 
succinato (E´° para fumarato/succinato = 0,031). 
Os elétrons fluem espontaneamente (variação de energia livre (-)) do par com o menor 
potencial redox para o par que apresenta o maior potencial de redução padrão. Assim, o 
par de NAD+/NADH possui um potencial de redução padrão menor que o de 
fumarato/succinato, dessa forma o par NAD+/NADH como coenzima, faria com que o fluxo 
de elétrons fosse do NADH para o succinato, e não ao contrário. 
 
6. Rotenona, um produto tóxico natural de plantas, inibe fortemente a NADH desidrogenase 
em mitocôndrias de insetos e peixes. Antimicina A, um antibiótico tóxico, inibe fortemente a 
oxidação do ubiquinol. 
a. Explique por que a ingestão de rotenona é letal para algumas espécies de peixes e 
insetos. 
Ela inibe o complexo I, prejudicando uma das fontes de energia, inibe a oxidação do 
NADH e a síntese de ATP fica reduzida, e então as células acabam morrendo. 
b. Explique por que a antimicina A é um veneno 
Esta bloqueia a geração de ubiquinol para o complexo III, e cessa a transferência de 
elétrons para o O2, não gerando um gradiente de prótons e consequentemente, 
diminuindo a produção de ATP, dentro da mitocôndria. 
c. Considerando que a rotenona e a antimicina A são igualmente efetivas em bloquear 
seus respectivos sítios na cadeia de transferência de elétrons, qual delas seria um 
veneno mais potente? Explique. 
A antimicina, uma vez que a ubiquinona é o ponto centro de recepção de elétrons entre 
si e outras vias, assim, caso o complexo III fosse inibido teria maior consequência. 
 
7. Quando O​2 é adicionado a uma suspensão anaeróbia de células consumindo glicose em 
alta velocidade, esta velocidade diminui marcantemente à medida que o O​2 é consumido e 
o acúmulo de lactato cessa. Este efeito, primeiramente observado por Louis Pasteur na 
década de 1860, é característico da maioria das células capazes tanto de catabolismo 
aeróbio quanto anaeróbio da glicose. 
a. Por que o acúmulo de lactato cessa depois que o O​2​ é adicionado? 
 
 
Em condições anaeróbias a célula realiza fermentação lática, e sem o O2 o NADH não 
pode ser oxidado na cadeia transportadora de elétrons. Assim, o piruvato é reduzido a 
lactato no citosol regenerando então o NAD+ que pode continuar a ser usado na via da 
glicólise. E então, na medida que adiciona-se O2 no meio, as coenzimas reduzidas 
passam a ser oxidadas na cadeia transp. de elétrons, e a fermentação deixa de ser 
necessária. 
 
b. Por que a presença de O​2​ diminui a taxa do consumo de glicose? 
Porque a oxidação completa da glicose aerobicamente resulta em um saldo/ 
rendimento maior de ATP, consequentemente, uma concentração menor de glicose é 
consumida na presença de O2. 
 
c. De que forma o início do consumo de O​2 reduz a taxa de consumo de glicose? Explique 
em termos de enzimas específicas. 
A fosfofrutoquinase 1 e a piruvato quinase são inibidas alostericamente, em altos níveis 
de ATP, reduzindo a taxa do consumo de glicose pela via. 
 
8. Sabendo que: 1) quantidade de energia livre necessária para transportar 1 mol de H​+ da 
matriz mitocondrial para o espaço intermembranas é de +20 kJ/mol, e 2) a transferência de 
2 elétrons do NADH ao O​2 é acompanhada pelo bombeamento para fora de 10 H​+​. Calcule 
a eficiência deste processo de conservação de energia (em porcentagem). 
 
 
 
 
 
9. O complexo II da cadeia transportadora de elétrons não atua como bomba de prótons, ao 
contrário dos demais complexos. Considerando os seguintes potenciais de redução padrão 
(E´​o​): Fumarato/Succinato = +0,031V e CoQ/CoQH​2 = +0,045V, formule uma explicação 
plausível para este fato. 
 
10.A variação de energia livre para a hidrólise do ATP em ADP+Pi é grande e negativa (-30,5 
kJ/mol). Todavia, na superfície da ATP sintase, a variação de energia livre para esta 
reação é de praticamente zero. Como esta contradição pode ser explicada? 
 
 
A formação de interações fracas entre o ATP e o sítio ativo das subunidades B da porção 
F1 da ATP sintase proporciona a energia de ligação suficiente para trazer a energia livre 
do ATP ligado à enzima perto daquela do ADP+ Pi, de forma que a reação é reversível. 
 
11.Explique o fenômeno de catálise rotacional. De que forma o fluxo de prótons pode produzir 
o movimento rotacional na ATP sintase? 
Uma corrente de prótons através do poro do Fo, na subunidade A, faz o cilindro de 
subunidades C e Y girar, assim, a subunidade Y passa pelo centro de F1 alfa3beta3, que é 
mantido de forma estacionária pelas subunidades beta2 e sigma. A cada rotação de 120º 
do eixo Y entra em contato com uma subunidade beta, e o contato força essa subunidade 
a assumir uma conformação beta-vazio, que libera o ATP. 
Os três sítios ativos da F1 se revezam catalisando a síntese de ATP, uma subunidade 
começa em forma de beta-ADP, que liga ADP e Pi, ela muda de conformação, assumindo 
beta-ATP, e quando o eixo Y entra em contato com a subunidade beta, ela muda de 
conformação novamente beta-vazio, que possui baixa afinidade para com o ATP, que 
então é liberado. 
 
12.As mitocôndrias de leveduras possuem 10 subunidades C (porção Fo da ATP sintase). 
Neste caso, qual seria a quantidade exata de moléculas de moléculas de ATP produzidas 
pela oxidação do NADH em leveduras? 
13.Comoa fosforilação oxidativa é regulada? 
A fosforilação oxidativa é regulada pelo controle pelo aceptor (RC), sendo assim, é 
regulada pela disponibilidade de ADP. Quando a razão ATP/ADP é alta, e 
 
 
consequentemente a concentração de ADP diminui, não há síntese de ATP, por falta de 
ADP, e os prótons não podem retornar do espaço intermembrana para a matriz. Dessa 
forma, a força próton motriz se acumula ao ponto de que a energia necessária para 
transportar prótons da matriz para o espaço intermembrana se iguala ou fica maior que a 
energia obtida pela transf. dos elétrons e neste ponto, a oxidação das coenzimas reduzidas 
é interrompida. 
 
14.O tecido adiposo marrom é rico em uma proteína desacopladora (UCP1 ou termogenina). 
Qual é o mecanismo de ação desta proteína na mitocôndria? Qual sua importância para 
este tecido? 
A proteína desacopladora UCP1 cria um canal de prótons alternativo, em que os prótons 
podem fluir espontaneamente a favor de um gradiente de concentração (espaço 
intermembrana para a matriz). Este retorno não está acoplado à síntese de ATP, e por 
isso, a energia gerada é liberada na forma de calor. 
 
15.O que são espécies reativas de oxigênio? Como e quando elas são geradas na 
mitocôndria? 
Espécies reativas de oxigênio (ROS) é um termo utilizado para designar as substâncias 
reativas que incluem radicais livres e outras não radicalares que são produzidas a partir de 
oxigênio molecular. Os ROS, podem ser gerados na mitocôndria quando os elétrons saem, 
através do complexo I, II, III ou da ubiquinona e então, são transferidos diretamente ao 
oxigênio molecular, e ao receber um elétron, ele é convertido a ânion superóxido, este 
ânion pode ser rapidamente convertido em peróxido de hidrogênio pela ação da enzima 
superóxido dismutase, e ainda, caso na presença de Fe2+, estas espécies podem dar 
origem ao radical hidroxila, que é extremamente reativo e oxidante, podendo causar danos 
oxidativos às biomoléculas. 
 
16.Quais são as principais defesas antioxidantes da mitocôndria? 
As defesas se resumem em enzimas como a superóxido dismutase e catalase, ainda a 
glutationa reduzida (GSH), que pode atuar como agente redutor em reações de eliminação 
de peróxidos, como o próprio peróxido de hidrogênio. 
 
17.Sob condições aeróbias, o NADH extramitocondrial precisa ser oxidado pela cadeia 
transportadora de elétrons. Considere um preparado de hepatócitos de ratos contendo 
mitocôndrias e todas as enzimas citosólicas. Se [4-​3​H]NADH é introduzido, radioatividade 
 
 
logo aparece na matriz mitocondrial. No entanto, se [7-​14​C]NADH é introduzido, nenhuma 
radioatividade aparece na matriz. O que estas observações revelam sobre a oxidação do 
NADH extramitocondrial pela cadeia transportadora de elétrons? 
O citosol e a mitocôndria possuem conjunto ‘’pool’’ separados de coenzimas reduzidas. O 
NADH gerado pelas reações oxidativas no citosol pode ser oxidado na mitocôndria por um 
sistema de lançadeiras, neste sistema apenas elétrons do NADH são transferidos para a 
mitocôndria, e a poção adenina dinucleotídeo (NAD+) não atravessa a membrana 
mitocondrial interna. 
18.Explique como ocorre o transporte de fosfato (H​2​PO​4​-​) e de ATP e ADP pela membrana 
interna da mitocôndria. 
O fosfato é transportado pelo transportador fosfato translocase, que o transporta em 
simporte com H+, aproveitando o gradiente de prótons gerado pela cadeia transportadora. 
O ATP e o ADP são transportados pela adenina nucleotídeo translocase, que transporta 
um ATP da matriz para o espaço intermembrana e um ADP do espaço intermembrana 
para a matriz. Como o ATP tem 3 cargas negativas e o ADP só 2, o sistema de antiporte é 
favorecido pelo gradiente eletroquímico. 
19.O que é apoptose? Explique o envolvimento das mitocôndrias neste processo. 
A apoptose é considerada uma morte celular programada, ​é organizada e divide a célula 
em pacotes pequenos que podem ser recolhidos e reciclados por outras células, as 
mitocôndrias estão envolvidas neste processo, pois a via da apoptose é dependente de 
ATP. 
20.O gráfico abaixo mostra o resultado de um experimento onde se avaliou a respiração de 
mitocôndrias isoladas de fígado de rato. Analise-o e responda: 
 
 
 
 
a. Explique o aumento da velocidade do consumo de oxigênio com a adição de ADP. 
Com adição de ADP, e substratos, a mitocôndria respira mais, consequentemente o 
consumo de oxigênio é aumentado, formando uma curva elevada no gráfico. 
b. Qual a razão da diminuição da velocidade do consumo de oxigênio em 4? 
Em 4 a mitocôndria já consumiu todo o ADP que havia sido colocado, por conta do RC 
(controle respiratório), a respiração tende a diminuir. 
c. Qual seria o efeito da adição do composto 2,4-dinitrofenol em 5? Por quê? 
A adição de um desacoplador como o 2,4 dinitrofenol iria inibir a produção de ATP, uma 
vez que um desacoplador age perturbando a membrana celular e cadeia transportadora de 
elétrons, fazendo com que perturbe a geração de ATP. 
d. Ainda, o que ocorreria se, após a adição do 2,4-dinitrofenol, fosse adicionado cianeto 
(CN​-​)? 
O cianeto é um composto extremamente tóxico, e atua desativando as enzimas que 
contêm ferro Fe3+, produzindo anoxia devido a ligação ao sítio ativo do citocromo c 
oxidase – proteína terminal na cadeia transportadora de elétrons na membrana 
mitocondrial, assim, impossibilita o transporte de O2 e síntese de ATP na cadeia 
respiratória, interrompendo o metabolismo aeróbico nas células, assim as células do tecido 
não podem utilizar oxigênio, e não há o funcionamento adequado, ocorrendo então a morte 
celular.